PANDUAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA KL Semester /2017

(1)

PANDUAN PRAKTIKUM

MEKANIKA FLUIDA

KL – 2101

Semester 1 - 2016/2017

PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

(2)

ii

KATA PENGANTAR

Petunjuk pelaksanaan praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika ini disusun dengan tujuan mempermudah pemahaman materi praktikum maupun penyusunan laporan praktikum. Selain itu, melalui petunjuk ini diharapkan praktikan mendapat gambaran secara umum, teori dan praktik serta memberikan sedikit gambaran tentang aplikasi secara model dalam rekayasa Sipil khususnya bagian Teknik Sumber Daya Air.

Mudah-mudahan petunjuk pelaksanaan praktikum ini dapat lebih bermanfaat dan sekaligus menunjang studi di bangku kuliah. Tentu saja praktikan tetap harus membaca lebih banyak pustaka yang lain.

Demikian harap maklum dan terima kasih.

Bandung, September 2016

Penyusun,

Kepala

Laboratorium Sumber Daya Air

Dhemi Harlan, S.T., M.T., M.Sc., Ph.D

NIP 197105052006041001

Catatan :

Petunjuk pelaksanaan praktikum ini direvisi tahun 2011 oleh Nessia Fausta C. dibantu oleh Zharina Ashri Indra, Vittorio Kurniawan, Doddey Sanjaya dan Khristya Pusparini Pramitha.

(3)

iii

DAFTAR ISI

Kata Pengantar ... ii

Daftar Isi ... iii

Tata Tertib Praktikum ... iv

Kerangka Penyusunan Laporan ... viii

Daftar Gambar ... xii

Daftar Tabel ... xiii

MEKANIKA FLUIDA Modul I Tumbukan Akibat Pancaran Fluida ... 1

Modul II Aliran Melalui Venturimeter ... 11

Modul III Aliran Melalui Orifice ... 19

Modul IV Kestabilan Benda Terapung ... 27

(4)

iv

TATA TERTIB PRAKTIKUM

1. PRAKTIKUM

1.1 Sebelum praktikum, praktikan wajib mengikuti pengarahan praktikum oleh koordinator praktikum, praktikan yang tidak mengikuti pengarahan pertama mendapat tugas tambahan.

1.2 Saat praktikum :

a. Praktikan wajib memakai kemeja, sepatu dan kaus kaki.

b. Praktikan diharapkan hadir sesuai jadwal kelompok dan hadir di tempat praktikum sebelum praktikum dimulai, praktikan yang terlambat 15 menit dari waktu yang ditetapkan akan mendapatkan pengurangan nilai akhir untuk satu kelompok.

c. Setiap praktikan (bukan kelompok) harus membawa modul praktikum dan kartu asistensi.

d. Sebelum praktikum dimulai, akan diberi tes awal yang mempunyai bobot dan praktikan wajib membawa kertas A4 untuk test awal, bila test awal kurang dari nilai minimum, praktikan mendapat tugas tambahan.

1.3 Setelah praktikum selesai, praktikan membereskan alat-alat percobaan sesuai tempatnya.

1.4 Setelah praktikum selesai, seluruh lembar data harus ditandatangani asisten, praktikan wajib memberikan salinan data praktikum kepada asisten paling lambat 1 hari setelah praktikum.

2. ASISTENSI

2.1 Asistensi mempunyai bobot dan penilaian praktikum.

2.2 Pada saat asistensi, kelompok membawa lembar asistensi kelompok yang harus dicantumkan pada laporan akhir dan membawa kartu asistensi yang ditandatangani asisten setiap kali asistensi.

2.3 Waktu dan tempat asistensi ditentukan berdasarkan kesepakatan antara asisten praktikum dan kelompok praktikan.

2.4 Setiap asistensi, seluruh anggota kelompok wajib hadir semua. 2.5 Asistensi minimal dilaksanakan 4 kali untuk keseluruhan modul.

(5)

v

3. DRAFT LAPORAN

3.1 Setiap kelompok wajib menyerahkan draft laporan per modul yang harus disetujui asisten kelompok dengan batas waktu yang ditentukan asisten masing-masing.

3.2 Draft laporan harus masuk tepat pada waktunya, jika terlambat kebijaksanaan ditentukan asisten kelompok masing-masing.

3.3 Setiap kelompok wajib memiliki draft laporan (asli atau salinan) untuk dibawa saat presentasi.

3.4 Draft diketik dengan komputer dengan format seperti pada kerangka penyusunan laporan.

3.5 Format draft terdiri dari Pendahuluan, Dasar Teori dan Penurunan Rumus, Contoh Perhitungan, Tabel Perhitungan, Grafik, Analisis Grafik, Kesimpulan Praktikum, dengan pengembangan yang dapat disesuaikan.

4. PRESENTASI

4.1 Syarat presentasi adalah telah mengumpulkan draft modul kepada asisten masing-masing, telah melakukan asistensi, mendapat nilai minimum test awal praktikum.

4.2 Presentasi dilaksanakan di ruang asisten Laboratorium Mekanika Fluida dan Uji Model Hidraulika, Program Studi Teknik Sipil ITB.

4.3 Saat presentasi mengenakan pakaian rapi dan sopan; kemeja, celana panjang/rok, dan sepatu (tidak diperkenankan memakai sandal/sepatu sandal).

4.4 Tim penguji terdiri dari asisten-asisten mekanika fluida yang sudah ditentukan.

4.5 Materi presentasi berkaitan dengan praktikum dan teori dasar mekanika fluida.

4.6 Anggota kelompok saat presentasi harus lengkap. Jika tidak, maka anggota praktikum yang tidak hadir dianggap mengundurkan diri dari praktikum kecuali ada pemberitahuan terlebih dahulu.

4.7 Tugas-tugas tambahan yang diberikan saat presentasi, harus dilampirkan pada laporan akhir praktikum.

4.8 Pada saat presentasi wajib membawa kartu asistensi, modul

praktikum, draft laporan. Diperbolehkan membawa literatur lain sebagai bahan rujukan.

4.9 Presentasi ulang dapat ditawarkan kepada asisten-asisten penguji (bila peserta praktikum merasa tidak memenuhi syarat kelulusan presentasi)

(6)

vi

dan praktikan, dengan jadwal yang merupakan kesepakatan bersama antara praktikan dan asisten penguji.

5. TUGAS TAMBAHAN

5.1 Tugas tambahan yang diberikan saat tidak mengikuti pengarahan pertama pertama praktikum tergantung kebijakan dari asisten kelompok masing-masing dan sudah dilaksanakan sebelum mengikuti praktikum.

5.2 Tugas tambahan yang diberikan saat mendapat nilai test awal yang kurang dari nilai minimal harus sudah dikumpul sebelum asistensi pertama sebagai syarat asistensi.

5.3 Tugas tambahan yang diberikan saat presentasi harus dapat dikumpul pada saat pengumpulan laporan sebagai lampiran.

6. LAPORAN AKHIR

6.1 Laporan yang telah diuji dan disetujui saat presentasi wajib diserahkan seminggu setelah presentasi, bila memerlukan perbaikan laporan tersebut wajib diperbaiki dalam waktu yang sama dan bila diperlukan akan diadakan asistensi tambahan.

6.2 Laporan akhir harus sudah tercantum cover, lembar pengesahan, daftar isi, daftar tabel, daftar grafik, daftar lampiran, header (judul modul/judul lembar) dan footer (laporan praktikum kelompok XY dan halaman laporan sesuai daftar isi) pada setiap lembar, lembar asistensi, daftar pustaka. 6.3 Laporan yang diserahkan harus mendapat persetujuan asisten dan

koordinator asisten (sebelum dijilid).

6.4 Laporan yang sudah mendapat persetujuan asisten dan koordinator wajib dijilid sebagai syarat keluarnya nilai akhir.

6.5 Laporan Akhir diketik dengan komputer sesuai draft awal dan perbaikan setelah presentasi dengan format seperti pada kerangka penyusunan laporan.

6.6 Agar lebih jelas, lihat lembar kerangka penyusunan laporan akhir pada lembar berikut.

7. NILAI AKHIR

7.1 Setelah laporan akhir diterima oleh koordinator asisten, koordinator asisten memberikan nilai akhir berupa angka yang menentukan lulus tidaknya praktikan.

(7)

vii

7.2 Penentuan lulus tidaknya berdasarkan nilai akhir minimal yang akan ditentukan berdasarkan bobot kumulatif nilai test awal, nilai asistensi, nilai presentasi dan nilai laporan akhir.

Bandung, September 2016 Koordinator Asisten Praktikum

Faizhal Kamaluddin Prasetya S.T. NIM 15512016

(8)

viii

KERANGKA PENYUSUNAN LAPORAN

1. Laporan dicetak pada kertas HVS berukuran A4 (210 mm x 297 mm) dan berat 80 g/m2_{(HVS 80 GSM) serta dicetak dengan batas 4 cm dari tepi}

kiri kertas, dan 3 cm dari tepi kanan, tepi atas dan tepi bawah kertas. 2. Laporan dicetak pada satu muka halaman (tidak bolak-balik).

3. Laporan dibuat dengan bantuan komputer menggunakan pencetak (printer) dan dengan huruf jenis Times New Roman, dengan ukuran Font 12. Baris-baris kalimat laporan berjaraksatu setengah spasi. Judul bab, sub bab, dan cover disesuaikan agar proporsional.

4. Bentuk penjilidan adalah jilid buku dengan kemasan Soft Cover Kertas Omega Foil Warna Biru Muda

5. Susunan laporan praktikum Mekanika Fluida : 1. Sampul Depan (Cover)

Berisi judul praktikum, maksud pembuatan laporan, semua judul modul praktikum, kelompok dan nama anggota kelompok beserta NIM, asisten pembimbing dan logo dan nama perguruan tinggi serta periode praktikum.

2. Lembar Pengesahan

Lembar ini menyatakan pengesahan dan persetujuan bahwa laporan telah selesai dan disetujui oleh asisten pembimbing dan koordinator praktikum serta mengetahui Kepala Laboratorium Rekayasa Sumber Daya Air.

3. Kata Pengantar 4. Daftar Isi 5. Daftar Tabel 6. Daftar Grafik

7. Laporan Praktikum, untuk tiap bab terdiri dari :  Pendahuluan

 Tujuan Praktikum

 Alat-alat percobaan dan Gambar alat percobaan

 Dasar Teori dan Penurunan Rumus

 Prosedur Percobaan : Sebutkan data-data apa saja yang didapat dan satuannya.

 Contoh Perhitungan : Cukup ditulis salah satu data saja beserta langkah-langkahnya, dan perhitungan selanjutnya disajikan secara tabelaris. Jika ada konversi satuan harap disebutkan juga.

(9)

ix

 Grafik dan Analisa

Berisi gambar grafik yang diminta pada buku petunjuk praktikum dan yang diminta oleh asisten. Setelah gambar grafik, langsung berikan analisa mengenai grafik tersebut.

 Kesimpulan dan Saran

Berisi kesimpulan dari hasil percobaan yang anda lakukan pada bab tersebut serta berikan saran untuk memperoleh hasil yang optimum.

 Referensi

Berisi referensi (rujukan) buku-buku yang anda gunakan untuk membuat laporan. Minimal harus terdiri dari 3 buah referensi, selain modul praktikum.

8. Lampiran

Berisi lembar asistensi, tugas tambahan kelompok dan data-data/tabel-tabel dari buku referensi yang digunakan.

6. Tiap halaman dari tiap bab harus mempunyai header dan footer, kecuali halaman pertama. Header adalah ‘kelompok’ Anda, sedangkan Footer bertuliskan ‘Laporan Praktikum Mekanika Fluida‘.

7. Laporan akhir akan diterima hanya apabila sesuai dengan ketentuan-ketentuan diatas.

Bandung, September 2016 Koordinator Asisten Praktikum

Faizhal Kamaluddin Prasetya S.T. NIM 15512016

(10)

x

Contoh halaman judul (cover)

LAPORAN PRAKTIKUM

KL – 2101 MEKANIKA FLUIDA

Diajukan untuk memenuhi syarat kelulusan Tahap Sarjana

Modul 1

Modul 2

Modul 3

Disusun Oleh

Kelompok xy

Nama 1

NIM

Nama 2

NIM

Nama 3

NIM

Asisten

LABORATORIUM REKAYASA SUMBER DAYA AIR

PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

(11)

xi

Contoh lembar pengesahan

LEMBAR PENGESAHAN

LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA

SEMESTER I TAHUN 2016/2017

Diajukan untuk memenuhi syarat kelulusan Tahap Sarjana

Modul 1

Modul 2

Modul 3

Disusun Oleh

Kelompok xy

Nama 1

NIM

Nama 2

NIM

Nama 3

NIM

Telah Disetujui dan Disahkan oleh :

Asisten

Kordinator Asisten

Nama / Nim

Faizhal Kamaluddin P., S.T.

Kepala Laboratorium Rekayasa Sumber Daya Air

Dhemi Harlan, ST, MT, M.Sc, Ph.D

(12)

xii

DAFTAR GAMBAR

Bagian I Mekanika Fluida

Gambar 1.1 Jet Impact Apparatus ... 1

Gambar 1.2 Spesifikasi jet impact ... 2

Gambar 1.3 Sketsa aliran pada sebuah vane/piringan ... 3

Gambar 1.4 Sistem gaya pada batang ... 5

Gambar 1.5 Diagram alir prosedur kerja praktikum tumbukan akibat pancaran fluida ... 6

Gambar 2.1 Venturimeter ... 11

Gambar 2.2 Kondisi ideal venturimeter ... 12

Gambar 2.3 Perangkat venturimeter ... 13

Gambar 2.4 Diagram alir prosedur kerja praktikum aliran melalui venturimeter ... 15

Gambar 3.1 Orifice Apparatus ... 19

Gambar 3.2 Sketsa Aliran Melalui Orifice ... 20

Gambar 3.3 Diagram Alir Prosedur Kerja Praktikum Aliran Melalui Orifice ... 23

Gambar 4.1 Alat Benda Terapung (Ponton) ... 27

Gambar 4.2 Sketsa Ponton ... 28

Gambar 4.3 Skema Benda Terapung ... 29

Gambar 4.4 Diagram Alir Prosedur Kerja Praktikum Kestabilan Benda Terapung ... 23

Bagian Lampiran Gambar 1.1 Representasi diagram bangku hidraulik HI MkIII ... 36

Gambar 1.2 Diagram alir prosedur kerja penggunaan bangku hiraulis ... 38

(13)

xiii

DAFTAR TABEL

Bagian I Mekanika Fluida

Tabel 1.1 Spesifikasi data yang diambil selama percobaan ... 7

Tabel 1.2 Langkah-langkah pengolahan data ... 8

Tabel 1.3 Grafik dan analisis ... 9

(14)

1

II MODUL I

III TUMBUKAN AKIBAT PANCARAN FLUIDA

1.1 Pendahuluan 1.1.1 Latar Belakang

Setiap fluida yang dipancarkan mempunyai gaya atau kerja mekanis yang menyebabkan tumbukan. Gaya ini dapat bermanfaat untuk menggerakkan benda atau peralatan lain yang membutuhkan gaya penggerak, misalnya turbin.

Salah satu cara untuk menghasilkan gaya atau kerja mekanis dari tekanan fluida adalah dengan menggunakan tekanan untuk mengakselerasikan fluida kecepatan tinggi dalam sebuah jet. Jet tersebut diarahkan ke piringan dari sebuah roda turbin, yang berotasi oleh karena gaya yang timbul pada piringan dikarenakan perubahan momentum atau impuls yang terjadi ketika jet menyembur pada piringan. Turbin-turbin air yang bekerja dengan prinsip impuls ini telah dibuat dengan keluaran hingga tingkat 100.000 kW dengan efisiensi lebih dari 90%.

Pada percobaan ini, gaya yang ditimbulkan oleh jet air ketika menyembur, baik pada plat yang rata atau pada plat cekung akan diukur dan dibandingkan dengan tingkat aliran momentum di dalam jet.

(15)

2

1.1.2 Tujuan

Tujuan percobaan ini adalah :

1. Mempelajari perilaku tumbukan pancaran fluida pada suatu permukaan piringan yang dapat menghasilkan suatu energi mekanis.

2. Mengukur dan menghitung besarnya gaya yang diperoleh dari dua macam piringan, yaitu plat datar dan plat cekung.

3. Menentukan besarnya efisiensi masing-masing piringan.

4. Mempelajari hubungan antara besarnya debit yang keluar dengan gaya yang didapat dari hasil perhitungan.

1.2 Alat-Alat Praktikum

1. Jet impact apparatus (Lihat gambar 1.1.) 2. Bangku hidrolis dengan beban

3. Stopwatch 4. Termometer Data-data alat :

 Diameter nozzle : 10 mm

 Luas penampang nozzle : 78.5 mm2

 Massa beban pemberat : 0.610 kg

 Jarak as piringan ke engsel ruas : 0.1525 m

 Jarak nozzle ke piringan : 37 mm

(16)

3

1.3 Landasan Teori

Apabila sebuah piringan yang simetris pada sumbu x seperti pada gambar 2.2. Sebuah jet yang terisi fluida dengan aliran pada tingkat W kg/s sepanjang sb. X dengan kecepatan Vo m/s mengenai piringan dan terdefleksi sebesar sudut β, sehingga fluida tersebut meninggalkan piringan dengan kecepatan V1 m/s. Perubahan pada ketinggian dan tekanan dalam piezometric dalam jet karena mengenai piringan hingga meninggalkannya diabaikan.

1.3.1 Besar Gaya Piringan (Gaya Perhitungan)

 Momentum sebelum menabrak piringan : 𝑊𝑉𝑜 (kg m/s2) pada arah X (lihat gambar 2.2)

 Momentum setelah menabrak piringan : 𝑊𝑉1cos 𝛽 (kg m/s2) pada arah X

 Gaya pada arah X pada jet sama dengan rata-rata perubahan momentum, sehingga didapat:

∆momentum = 𝑊𝑉₁cos 𝛽 − 𝑊𝑉_𝑜 (kg m/s2_{= N)} _(1.1)

Gambar 1.3 Sketsa Aliran pada Sebuah Vane/Piringan

Gaya yang terjadi pada piringan (arah X) adalah sama, tetapi berlawanan arah sehingga didapat persamaan pada sumbu Y:

𝐹_{𝑝𝑖𝑟𝑖𝑛𝑔𝑎𝑛} = 𝑊(𝑉_𝑜− 𝑉₁cos 𝛽) (1.2)

Untuk piringan datar, nilai 𝛽 = 90o_maka_{cos 𝛽}_{= 0}

(17)

4

Untuk piringan cekung, nilai 𝛽 = 180o_maka_{cos 𝛽}_{= -1}

𝐹_{𝑐𝑒𝑘𝑢𝑛𝑔} = 𝑊(𝑉_𝑜+ 𝑉₁) (1.4)

Jika perubahan tekanan piezometrik dan elevasi diabaikan, maka kemungkinan gaya maksimum pada plat cekung adalah:

𝐹_{𝑐𝑒𝑘𝑢𝑛𝑔} = 2𝑊𝑉_𝑜 (1.5)

Aliran fluida diukur dengan satuan W (kg/s) yang mewakili satuan debit 𝑊⁄₁₀3 (m3), sehingga kecepatan pancaran, V (m/s) saat meninggalkan nozzle diberikan oleh :

𝑉 = 12.75𝑊 (m/s) (1.6)

Kecepatan pancaran mengenai piringan, Vo (m/s) lebih kecil daripada kecepatan pancaran saat meninggalkan nozzle, V (m/s) akibat adanya pengaruh gravitasi. Besar kecepatan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan gerak lurus berubah beraturan, didapat :

V_o2= V2_{− 0.726} _(1.7)

1.3.2 Besar Gaya yang Menumbuk Piringan (Gaya Pengukuran)

Gaya tekan fluida yang menumbuk piringan didapat dengan meninjau hubungan gaya yang bekerja pada batang (lihat gambar 2.3).

∑ 𝑀_𝐴= 0 (1.8)

𝐹 × 152.5 mm = 0.61 kg × 𝑔 × 𝑦 𝐹 = 4𝑔𝑦 (N)

Dengan y adalah pergeseran beban, sistem gaya pada batang menjadi:

(18)

5

Gambar 1.4 Sistem Gaya pada Batang

1.4 Prosedur Kerja

1. Atur kedudukan jet impact agar jalur pancaran tegak lurus terhadap bidang datar permukaan.

2. Pasang piringan pada jet impact.

3. Kalibrasikan neraca pengukur gaya, dengan membuat lengan neraca dalam keadaan mendatar.

4. Hidupkan pompa.

5. Atur posisi beban pemberat hingga neraca seimbang kembali. 6. Catat simpangan pemberat terhadap posisi semula (y). 7. Ukur debit air berdasarkan prinsip bangku hidraulik.

8. Lakukan percobaan yang sama dengan di atas untuk 8 macam posisi pemberat (y). 9. Ganti piringan dengan piringan cekung dan ulangi langkah 1 s/d 8.

(19)

6

Gambar 1.5 Diagram alir prosedur kerja praktikum tumbukan akibat pancaran fluida Mulai

Atur kedudukan jet impact

Pasang piringan (datar/cekung)

Geser beban pemberat ke titik nol

Putar sekrup pegas hingga lengan neraca dalam keadaan mendatar

Hidupkan pompa dan atur debit sesuai dengan yang diinginkan

Atur posisi beban pemberat hingga neraca seimbang kembali

Selesai Ukur debit air berdasarkan prinsip bangku hidraulik

Catat simpangan pemberat terhadap posisi semula (y)

Sudah didapat 8 macam posisi pemberat? Sudah semua piringan dicoba? Tidak Tidak Ya Ya

! Pastikan pancaran fluida yang keluar menumbuk piringan dan membuat lengan neraca tidak dalam keadaan mendatar

(20)

7

1.5 Pengambilan Data

Untuk mengambil data, gunakan formulir pengamatan yang terdapat pada bagian akhir modul dan gunakan panduan tabel di bawah ini:

Tabel 1. 1 Spesifikasi Data yang Diambil Selama Percobaan

No Lembar Data

Data

yang Diambil Simbol Sat. Jumlah Data Total Keterangan

1 Pengukuran Debit Waktu dan berat beban untuk perhitungan debit pada bangku hidraulik

t detik 10 saat percobaan dengan piringan datar + 10 saat percobaan dengan piringan cekung (sesuai jumlah percobaan) Sesuai hasil pengukuran dengan stopwatch 2 Pergeseran beban Besarnya bacaan pergeseran beban akibat pancaran fluida Y mm Diukur berdasarkan skala pengamatan pada alat atau dengan alat ukur lain yang sesuai

(21)

8

1.6 Pengolahan Data

Tabel 1. 2 Langkah-langkah Pengolahan Data

No Langkah Formulir Pengamatan

Acuan Keterangan

Nama Gambar/Grafik 1 Menghitung debit air (Q)

Tabel data

Perhitungan

menggunakan prinsip bangku hidraulik. 2 Menghitung kecepatan

air (v) yang keluar dari

nozzle

Gunakan rumus 2.6.

3 Menghitung kecepatan air yang menumbuk piringan (v0)

Gunakan rumus 2.7.

4 Menghitung Fhitung Gunakan rumus 2.3

untuk piringan datar dan 2.4 untuk piringan cekung.

5 Menghitung Fukur Tabel data Gunakan rumus 2.9.

6 Menghitung efisiensi piringan (η)

Gunakan rumus: η = Fukur / Fhitung

7 Membuat grafik Fukur vs

Fhitung

Tabel data serta hasil perhitungan.

Menggunakan fungsi

chart tipe scatter pada program Microsoft

Excel atau sejenis dengan intercept = 0

Gambar ini menjadi Grafik 2.1 Grafik Fukur

vs Fhitung

8 Menggambar Fukur vs W Lembar data dan hasil

perhitungan

Gambar ini menjadi Grafik 2.2 Grafik Fukur

(22)

9

1.7 Analisis Data

Tabel 1. 3 Grafik dan Analisis

No. Grafik Hal-hal yang Perlu Dianalisis

1 Grafik 2.1 Fukur vs Fhitung  Tujuan pembuatan grafik tersebut.

 Perbandingan Fukur dan Fhitung.

2 Grafik 2.2 Fukur vs W  Tujuan pembuatan grafik tersebut.

 Hubungan Fukur dan W.

1.8 Kesimpulan

Buatlah kesimpulan yang mengacu pada tujuan praktikum dan saran untuk perbaikan di masa mendatang.

1.9 Daftar Pustaka

Streeter, Victor L., and Wylie, Benjamin E. 1975. Fluid Mechanics. Tokyo: McGraw-Hill Kogakusha, Ltd.

(23)

10

FORMULIR PENGAMATAN

Modul I : TUMBUKAN AKIBAT PANCARAN FLUIDA

Praktikan : Mahasiswa Program Studi Teknik Kelautan – ITB

No. Kelompok : ……….. Lembar 1/1

No Nama NIM Paraf TANGGAL PRAKTIKUM

1 2 Asisten : (………) 3 4 5

TANGGAL TERAKHIR PEMASUKAN LAPORAN : Data alat :

 Diameter nozzle = 10 mm

 Luas penampang nozzle (Ao) = 78.5 mm2

 Massa beban pemberat = 0.610 kg

 Jarak as piringan ke engsel tuas = 0.1525 m

 Jarak nozzle ke piringan = 37 mm

Piringan : Datar (Lingkaran)

Pengukuran Debit Pergeseran

beban Y (mm)

Beban Y (mm) No. Perco baan Jam Waktu T (detik) Berat W (kg) Debit Q (l/s) No. Perco baan Jam Waktu T (detik) Berat W (kg) Debit Q (l/s) 1 6 2 7 3 8 4 9 5 10

Piringan : Cekung (Setengah bola)

beban Y (mm)

Beban Y (mm) No. Perco baan Jam Waktu T (detik) Berat W (kg) Debit Q (l/s) No. Perco baan Jam Waktu T (detik) Berat W (kg) Debit Q (l/s) 1 6 2 7 3 8 4 9 5 10

(24)

11

MODUL II

ALIRAN MELALUI VENTURIMETER

Debit dan kecepatan aliran penting untuk diketahui besarnya dalam melakukan penelitian fluida. Untuk itu, digunakan alat untuk mengukur debit cairan, salah satunya adalah menggunakan prinsip-prinsip Bernoulli dan kontinuitas pada pipa tertutup yang diaplikasikan melalui alat bernama venturimeter. Dengan demikian, venturimeter adalah alat untuk mengukur debit cairan yang melalui pipa tertutup. Melalui pengamatan pada venturimeter, dapat dibuktikan pula persamaan Bernoulli dan kontinuitas.

Gambar 2. 1 Venturimeter

2.1.2 Tujuan

Tujuan percobaan ini adalah:

1. Menunjukkan pengaruh perubahan penampang terhadap tinggi garis hidraulik pada masing-masing manometer.

2. Menentukan koefisien pengaliran pada alat venturimeter yang digunakan.

2.2 Alat-alat Percobaan a. Alat venturimeter

(25)

12 c. Bangku Hidraulik

d. Beban counterweight pada bangku hidraulik

Data alat:

• Diameter pipa di manometer A DA = 26 mm

• Diameter pipa di manometer D DD = 16 mm

Venturimeter menggunakan prinsip Bernoulli dan kontinuitas dengan mengandalkan perbedaan luas penampang yang dapat mengakibatkan perbedaan kecepatan. Perbedaan luas penampang dari diameter yang lebih besar menjadi lebih kecil kemudian membesar lagi dilakukan seperlahan atau seideal mungkin untuk menghindari terjadinya kehilangan tinggi tekan akibat ekspansi atau kontraksi tiba-tiba. Jika dipasang piezometer pada bagian-bagian penampang yang berbeda-beda, akan terlihat perbedaan ketinggian sebagai wujud dari perbedaan tekanan air yang melewati penampang. Penerapan teori dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:

Gambar 2. 2 Perangkat Venturimeter

(26)

13 Untuk meninjau penampang a1 dan a2:

Gambar 2. 3 Kondisi Ideal Venturimeter

Penampang pada bagian upstream akan dinamakan a1, pada leher disebut a2, dan pada bagian

selanjutnya (bagian ke-n) disebut an. Ketinggian atau head pada pembuluh piezometer akan disebut

h1, h2, hn. Dalam kasus ini diasumsikan tidak terjadi kehilangan energi sepanjang pipa, dan kecepatan

serta head piezometrik (h) konstan sepanjang bidang tertentu.

Berdasarkan Hukum Bernoulli (persamaan 3.1) dan hukum kontinuitas (persamaan 3.2), akan didapat persamaan untuk menghitung debit Q (pers 3.3) dengan koefisien pengaliran pada alat venturimeter adalah c. Nilai c berbeda-beda pada setiap alat venturimeter.

Persamaan Bernoulli:

g

V

P

Z

g

V

P

Z

g

V

P

Z

n n n

.

2 .

2

2 2 2 2 2 2 1 1 1



_







_







_



(2.1) Persamaan Kontinuitas: 2 2 1 1.V A .V A  (2.2)

Hasil dari gabungan persamaan Bernoulli dan kontinuitas akan menghasilkan persamaan perhitungan debit pada venturimeter, sebagai berikut:

(27)

14 2 1 2 2 1 2

1 )

.(

.

2 .

.

















A

h

g

A

c

Q

(2.3) 2.4 Prosedur Kerja

1. Pastikan bangku hidraulik dalam keadaan mati dan air pada bak kecil sudah dibuang.

2. Kalibrasikan tinggi piezometer sesuai dengan skalanya dengan cara menekan katup udara di atas piezometer perlahan-lahan sampai ketinggian setiap piezometer sama dan berada dalam skala pengamatan. Jika tinggi air di piezometer sudah lebih rendah dari skala pengamatan, nyalakan bangku hidraulik sebentar dan bukalah kran suplai air perlahan-lahan sampai air naik. Setelah air berada pada ketinggian yang tepat, matikan lagi bangku hidraulik.

3. Mulailah menyalakan bangku hidraulik, bukalah kran suplai air perlahan-lahan dan sedikit demi sedikit serta kran kontrol aliran seluruhnya sampai didapat debit yang dialirkan menghasilkan selisih ketinggian maksimum dari masing-masing piezometernya tetapi di dalam skala pengamatan.

4. Amatilah perbedaan ketinggian yang terjadi dan catatlah ketinggian air pada tiap piezometer. Kemudian, hitunglah perbedaan ketinggian piezometer h1 dan h2, di mana h1 = tinggi skala

piezometer di titik A dan h2 = tinggi skala piezometer di titik D seperti pada gambar.

5. Bersamaan dengan proses pengamatan, perhatikanlah kondisi bangku hidraulik. Jika tempat pemasangan beban mulai terangkat, pasanglah beban dan mulailah pengukuran waktu dengan cara menekan stopwatch. Setelah tempat pemasangan beban yang sudah dipasang beban mulai terangkat lagi, matikanlah stopwatch. Waktu tersebut akan menjadi acuan perhitungan debit. 6. Setelah data didapat, tutuplah kran kontrol aliran dan matikan bangku hidrolik. Dapat terlihat

bahwa ketinggian piezometer akan kembali sejajar.

7. Putar kembali kran suplai air secara perlahan untuk mendapatkan debit yang lebih kecil dari debit sebelumnya dan nyalakan kembali bangku hidraulik.

8. Ulangi langkah 4 – 7 hingga didapat data untuk delapan debit yang berbeda, dengan syarat besar debit harus masih dapat memberikan perbedaan ketinggian yang tampak jelas pada tiap piezometer (debit tidak terlalu kecil).

9. Setelah data selesai diambil, catatlah juga nilai koefisien pengaliran (c) pada alat venturimeter tersebut yang tertera pada bagian belakang alat.

(28)

15 Prosedur kerja tersebut dapat digambarkan dalam diagram alir berikut ini:

Gambar 2.4 Diagram alir prosedur kerja praktikum aliran melalui venturimeter Mulai

Kalibrasi piezometer

Jalankan bangku hidraulik

Ukur debit air berdasarkan prinsip bangku hidraulik

Selesai Sudah didapat

8 debit yang berbeda?

Baca dan catat skala manometer untuk masing-masing piezometer

Tutup kran kontrol aliran dan matikan bangku hidraulik

Putar kembali kran suplai air agar debit semakin mengecil

Tidak

Ya Pastikan bangku hidraulik mati dan air pada bak kecil sudah dibuang

! Untuk debit pertama, buka kran suplai debit sampai selisih ketinggian piezometer maksimum yang masih dalam skala pengamatan

(29)

16

Untuk mengambil data, gunakan formulir pengamatan yang terdapat pada bagian akhir modul dan gunakan panduan tabel di bawah ini:

Tabel 2. 1Spesifikasi Data yang Diambil Selama Percobaan

No.

Lembar Data

Data

1 Pengukuran Debit Waktu untuk perhitungan debit pada bangku hidraulik t detik 8 (sesuai jumlah percobaan) Sesuai hasil pengukuran dengan stopwatch 2 Bacaan Piezometer Ketinggian air pada tiap piezometer h cm 11 x Jumlah Percobaan = 88 titik Diukur berdasarkan skala pengamatan pada alat Catatan:

Jumlah percobaan = 8 kali

Pengolahan data dilakukan melalui langkah-langkah berikut ini:

Tabel 2. 2 Langkah-langkah Pengolahan Data

No. Langkah Formulir Pengamatan

Acuan

Keterangan Nama

Gambar/Grafik 1 Menghitung debit

aktual (Q)

Pengukuran Waktu untuk Debit Bangku Hidraulik

Lihat Lampiran Bangku Hidraulik. 2 Menghitung koefisien pengaliran (c) Gunakan rumus 2.3 untuk semua nilai debit yang berbeda. 3 Membuat grafik Q

vs c.

Menggunakan fungsi chart tipe

scatter

Grafik ini menjadi Grafik 2.1 Q vs c.

(30)

17

Acuan Keterangan Nama Gambar/Grafik 4 Membuat grafik yang menggambarkan ketinggian air pada tiap piezometer untuk setiap nilai debit yang berbeda.

 Data Alat

 Bacaan Piezometer

Menggunakan fungsi chart tipe

line, sumbu x menyatakan nama atau huruf tiap piezometer dan

sumbu y

menyatakan ketinggiannya.

Grafik ini menjadi Grafik 2.2 Tinggi Bacaan

Piezometer.

Dari hasil perhitungan sebelumnya, lihatlah kembali grafik-grafik yang telah dibuat dan lakukanlah analisis sebagai berikut:

Tabel 2. 3 Grafik dan Analisis

1 Grafik 3.1 Q vs c  Tujuan pembuatan grafik tersebut.

 Hubungan Q dan c.

 Perbandingan nilai c yang didapat dari perhitungan dengan yang tertera pada alat venturimeter untuk percobaan.

2 Grafik 3.2 Tinggi Bacaan Piezometer  Tujuan pembuatan grafik tersebut.

 Hubungan tinggi bacaan pada piezometer dengan diameter tiap bagian venturimeter.

(31)

18 FORMULIR PENGAMATAN

Modul II : ALIRAN MELALUI VENTURIMETER

No. Kelompok : ………. Lembar – 1/1

1 2 Asisten : (………) 3 4 5

TANGGAL TERAKHIR PEMASUKAN LAPORAN :

Data alat : No. Tabung Piezometer A (h1) B C D (h2) E F G H J K L Diameter (mm) 26.00 23.20 18.40 16.00 16.80 18.47 20.16 21.84 23.53 25.24 26.00 Nilai Koefisien Pengaliran (c)

Bacaan Piezometer No. Percobaan Pengukuran Waktu untuk Debit Bangku Hidraulik (detik)

Ketinggian Air pada Tabung (cm) A (h1) B C D (h2) E F G H J K L 1 2 3 4 5 6 7 8

(32)

19

Modul III Aliran Melalui Orifice

Seringkali terjadi ketika fluida lewat melalui sebuah penyempitan seperti lubang berujung tajam atau di atas ambang, aliran berkurang jumlahnya bila dihitung dengan asumsi bahwa energi bersifat kekal dan aliran yang melalui penyempitan dan menerus sepanjang aliran tersebut, daripada perhitungan kehilangan energi.

Dalam percobaan ini, akan ditentukan besarnya reduksi pada aliran, kontraksi aliran, dan kehilangan energi, pada aliran air ke udara dari orifice ujung tajam pada dasar tangki.

Gambar 3.1 Orifice Apparatus

3.1.2 Tujuan

1. Mengukur dan menghitung besarnya reduksi aliran yang terjadi yang dilambangkan dengan koefisien aliran (Cd)

2. Mengukur dan menghitung koefisien kontraksi (Cc) dan koefisien kecepatan (Cu)

3. Menentukan hubungan antara debit aliran (Q) dengan muka air pada orifice (Ho)

3.2 Alat-Alat Praktikum 1. Orifice Apparatus

(33)

20 3. Pipa Pitot

4. Pengukur Waktu (Stop Watch)

Orifice apparatus menggunakan prinsip Bernoulli dan kontinuitas dimana fluida mengalir melalui celah kecil yang mengakibatkan terjadinya kontraksi pada aliran dan kehilangan energi. Kehilangan energi ini akan dapat terlihat pada perbedaan tinggi fluida pada selang pengamatan.

Penerapan teori dalam percobaan ini adalah sebagai berikut :

3.3.1 Menentukan Besarnya Debit

Besarnya debit dapat diperoleh dengan rumus

Q= 𝑊

1000 𝑡 m3/detik (3.1)

Dimana:

 W : berat air yang dikumpulkan (Kg)

 T : interval waktu kesetimbangan beban (detik)

 Q : debit air (m3_/detik)

3.3.2 Menentukan Koefisien Kecepatan (Cu) Perhatikan gambar di bawah ini:

Gambar 3.2 Sketsa Aliran Melalui Orifice

Ho Hc Ao Ac M N

(34)

21 Dengan menggunakan persamaan Bernoulli maka tinggi total yang terjadi di M dan N adalah:

𝑉𝑚2 2𝑔 + 𝑃𝑚 𝑤 + 𝑍𝑚 = 𝑉𝑛2 2𝑔 + 𝑃𝑛 𝑤 + 𝑍𝑛 (3.2) Dimana:

 V = Kecepatan pada suatu titik tersebut

 G = Gravitasi

 P = Tekanan yang terjadi pada suatu titik

 Z = Ketinggian suatu titik dari datum yang diambil

Pada keadaan ini, tekanan atmosfer di M dan N sama dan kecepatan di M sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Dengan menurunkan persamaan Bernoulli di atas kita akan mendapatkan koefisien kecepatan.

Dengan memperhatikan definisi Koefisien kecepatan (Cu) yang merupakan rasio antara kecepatan aktual (Vc) dengan kecepatan ideal (Vo) didapatkan

Cu = 𝑉𝑐 𝑉𝑜 = √

𝐻𝑐

𝐻𝑜 (3.3)

Dimana:

 Hc = Tinggi aliran pada alat ukur pipa pitot (mm)

 Ho = Tinggi aliran pada alat ukur pipa orifice (mm) 3.3.3 Menentukan Koefisien Kontraksi (Cc)

Koefisien kontraksi (Cc) merupakan rasio antara potongan melintang vena contracta (Ac) dengan potongan melintang orifice (Ao) (seperti pada gambar), sehingga:

Cc = 𝐴𝑐

𝐴𝑜 (3.4)

Dimana:

 Ac = luas potongan melintang semburan jet (m2₎

 Ao = luas potongan melintang orifice (m2₎

3.3.4 Menentukan Koefisien Aliran (Cd)

Koefisien aliran (Cd) merupakan rasio antara debit aktual (Q) dengan debit yang terjadi bila aliran semburan pada kecepatan ideal tanpa terjadi penyempitan permukaan (Qo). Debit aktual Q adalah:

(35)

22 Dan, jika semburan aliran pada kecepatan ideal (Vo) yang melewati daerah orifice (Ao), maka debit Qo menjadi:

Qo = Vo.Ao (3.6)

Jadi, dari definisi tentang koefisien aliran didapat:

Cd = _𝑄𝑜𝑄 = _{𝑉𝑜.𝐴𝑜}𝑉𝑐.𝐴𝑐 (3.7)

Atau eksperimen pengukuran kuantitas:

Cd = 𝑄 √2.𝑔.𝐻𝑜.

1

𝐴𝑜 (3.8)

Dari persamaan-persamaan diatas didapatkan:

Cd = Cu.Cc (3.9)

(Pelajari penurunan rumus di atas!)

3.4 Prosedur Percobaan

1. Air dibiarkan mengalir mengisi tangki sampai di atas ketinggian pipa pengalir kelebihan air di bagian atas, dan air yang masuk diatur sehingga aliran bersifat konstan yang diperhatikan melalui aliran yang keluar.

2. Mengumpulkan dan mengukur berat air melalui tangki timbangan.

3. Mencatat waktu pengukuran selama selang waktu tertentu yaitu di antara tangki timbangan naik saat pertama (sebelum diberi beban) dan naik untuk kedua kalinya (setelah diberi beban). 4. Mengukur dan mencatat nilai Ho pada orifice.

5. Mengukur dan mencatata nilai Hc dengan menggunakan pipa pitot yang dimasukkan dalam semburan yang keluar pada bagian bawah tangki.

6. Mengukur dan mencatat diameter semburan yang terjadi pada venan contracta dengan menggunakan pipa pitot yang pada kepalanya dilekatkan bilah berujung tajam. Pengukuran dilakukan dengan mengukur jarak terluar dan jarak terdalam semburan (X1-X2).

7. Dalam suatu percobaan dilakukan pengulangan langkah-langkah di atas beberapa kali dengan memperhatikan ketinggian yang terjadi baik Hc maupun Ho selama mengumpulkan air dan mencatat nilai rata-rata selama selang waktu tertentu.

8. Aliran masuk diubah dengan cara memperkecil air yang masuk.

9. Percobaan dilakukan beberapa kali sampai datra yang diambil cukup menentukan hubungan antara debit dengan tinggi total orifice (Ho)

(36)

23 Prosedur kerja tersebut dapat digambarkan dalam diagram alir berikut ini :

Gambar 3.3 Diagram Alir Prosedur Kerja Praktikum Aliran Melalui Orifice

Untuk mengambil data, gunakan formulir pengamatan yang terdapat pada bagian akhir modul dan gunakan panduan table dibawah ini :

Mulai

Jalankan bangku hidraulik

Ukur debit air berdasarkan prinsip bangku hidraulik

Selesai Sudah didapat

8 debit yang berbeda?

Baca dan catat skala ketinggian Ho dan Hc, ukur diameter aliran

Putar kembali kran suplai air agar debit semakin mengecil

Tidak

Ya Pastikan bangku hidraulik mati dan air pada bak kecil sudah dibuang

! Jangan sampai air pada tabung orifice melebihi batas skala pembacaan dan melebihi tabung pembuangan.

(37)

24

Tabel 3.1 Spesifikasi Data yang Diambil Selama Percobaan

No.

Lembar Data

Data

1 Pengukuran Debit Waktu untuk perhitungan debit pada bangku hidraulik t detik 8 (sesuai jumlah percobaan) Sesuai hasil pengukuran dengan stopwatch 2 Pengukuran Ketinggian permukaan fluida Ketinggian fluida pada selang Ho dan Hc Ho dan Hc mm 8 (sesuai jumlah percobaan) Diukur berdasarkan skala pengamatan pada alat 3 Pengukuran diameter aliran Diameter aliran yang keluar dari orifice Ac mm 8 (sesuai jumlah percobaan) Diukur berdasarkan skala pengamatan pada alat Catatan :

Jumlah percobaan = 8 kali

Pengolahan data dilakukan melalui langkah-langkah berikut ini :

Tabel 3.2 Langkah-langkah Pengolahan Data

Acuan

Keterangan Nama

Gambar/Grafik 1 Menghitung debit

aktual (Q)

Pengukuran Waktu untuk Debit Bangku Hidraulik

Lihat Lampiran Bangku Hidraulik.

2 Mengukur dan mencatat nilai Ho dan Hc

Pembacaan skala pada alat

(38)

25

Acuan Keterangan Nama Gambar/Grafik penampang aliran aktual (Ac) aliran (X1 dan X2) 4 Menghitung koefisien kecepatan (Cu) Gunakan rumus 3.3 untuk semua nilai debit yang berbeda. 5 Menghitung

koefisien kontraksi (Cc)

Gunakan rumus 3.4 untuk semua nilai debit yang berbeda 6 Menghitung koefisien aliran (Cd) Gunakan rumus 3.7 atau 3.9 7 Membuat grafik Q vs Ho0.5 Menggunakan fungsi chart tipe

scatter

Grafik ini menjadi grafik 3.1 Q vs Ho0.5

Dari hasil perhitungan sebelumnya, lihatlah kembali grafik-grafik yang telah dibuat dan lakukanlah analisis sebagai berikut :

Tabel 3.3 Grafik dan Analisis

1 Grafik 3.1 Q vs c  Tujuan pembuatan grafik tersebut.

 Hubungan Q dan Ho0.5_.

 Selidiki hubungan Cd, Cu, dan Cc.

 Kesimpulan grafik. 3.8 Kesimpulan

(39)

26 FORMULIR PENGAMATAN

Modul III : ALIRAN MELALUI ORIFICE

1 2 Asisten : (………) 3 4 5

Data Alat :

 Diameter orifice = 13 mm

 Tipe = Orifice Tajam

No. Percobaan Waktu (t) Massa Beban (kg) Ho Hc X1 X2 1 2 3 4 5 6 7 8

(40)

27

MODUL IV

KESTABILAN BENDA TERAPUNG

Pengetahuan mengenai stabilitas benda terapung merupakan hal yang sangat penting. Layaknya kapal yang mengambang di permukaan air, kondisi kestabilan, netral, dan ketidakstabilan kapal tersebut dapat dinyatakan berdasarkan tinggi titik berat benda tersebut. Pada uji coba dalam laboratorium, ponton yang merupakan bentuk pemodelan dari kapal. Ponton sendiri merupakan kotak besi yang mengapung di air dan terdapat pemberat horizontal pada bagian badan yang sejajar dengan permukaan ponton tersebut, untuk beban vertikal ditempatkan pada suatu tiang yang berada di tengah kotak. Pada ujung tiang terdapat bandul yang disebut plumb-bob yang berfungsi sebagai penentu besar sudut kemiringan pada plat skala. Dalam percobaan ini, stabilitas ponton dapat diketahui berdasarkan titik beratnya pada ketinggian yang bervariasi.

Gambar 4.1 Alat Benda Terapung (Ponton)

4.1.2 Tujuan

Tujuan percobaan ini adalah :

1. Mengetahui prinsip-prinsip stabilitas benda terapung 2. Menentukan stabilitas suatu benda terapung

(41)

28

4.2 Alat-Alat Praktikum 1. Ponton 2. Bejana air 3. Mistar 4. Busur derajat

Gambar 4.2 Sketsa Ponton

Pada ponton diterapkan hukum Archimedes dan prinsip kestabilan benda terapung. Pada ponton terdapat dua gaya yang bekerja yaitu gaya berat ponton dan gaya apung fluida yang bekerja pada ponton.

Sebuah ponton berbentuk kotak terapung dalam keadaan seimbang seperti pada gambar 4.2. Berat benda terapung bekerja vertikal ke bawah melalui titik berat dan diimbangi oleh suatu gaya apung yang memiliki besar yang sama dan bekerja berlawanan arah.

Untuk memeriksa sistem kestabilan benda ini dimisalkan terjadi sebuah perpindahan sudut yang kecil sebesar dθ terhadap kesetimbangan awal seperti pada gambar 4.3. Titik berat zat cair berubah dari kedudukan B menjadi B1. Garis vertikal gaya apung ditunjukkan pada gambar dan memotong

perpanjangan garis BG di titik M (Metasentris).

Gambar 4.3 juga menunjukkan bagaimana ketinggian metasentris GM dapat ditentukan secara eksperimental dengan menggunakan beban horizontal (jockey weight) untuk memindahkan titik berat dari G ke arah samping.

Plumb Bob Adjustable Weight Jockey Weight Scale Marked in Degree

(42)

29

Gambar 4.3 Skema Benda Terapung

Bila perpindahan ini menghasilkan suatu posisi keseimbangan baru pada suatu sudut guling sebesar dθ, maka pada gambar 4.3 G1 adalah posisi titik berat total yang baru.

𝐺𝑀 = 𝜔

𝑊 . 𝑑𝑥

𝑑𝜃 (4.1)

Ketinggian metasentris GM dapat ditentukan dengan mengukur (dx1/dθ) untuk harga ω dan W yang

diketahui. BM dapat dihitung dari pengukuran dimensi ponton dan volume zat cair yang dipindahkan. Berdasarkan gambar 4.3, dapat diketahui bahwa momen terhadap B akibat pergeseran pusat apung ke B1 dihasilkan oleh penambahan gaya apung (digambarkan olehsegitiga AA1C) pada

salah satu sisi garis sumbu dan pengurangan gaya apung (digambarkan oleh FF1C) pada sisi yang lain.

Elemen yang berarsir pada gambar 4.3 memiliki luas sebesar ds pada tampak atasnya dan tinggi sebesar x.dθ pada potongan vertikalnya sehingga volume elemen adalah x.dθ.ds.w (w adalah berat jenis zat cair), ini adalah penambahan gaya apung akibat elemen.

Momen dari elemen gaya apung terhadap B adalah w.x2_{.ds.dθ sehingga momen pengembali}

(restoring momen) total terhadap B adalah w.dθ ∫x2_{.ds dimana integral meliputi seluruh luasan s dari}

ponton yang terdapat pada permukaan air.

Tampak Depan A F A1 F1 B M G B1 ds G1 dθ dx C Tampak Atas x L D ds Tampak Depan G B

(43)

30

𝐼 = ∫ x2_{. ds} _(4.2) Yaitu momen kedua dari luas s terhadap sumbu X-X. (Cari I terhadap Y-Y!)

Restoring momen total terhadap B dapat juga dicari sehingga diperoleh persamaan :

𝑤. 𝑉. 𝐵𝐵

₁

= 𝑤. 𝑑𝜃 ∫ 𝑥

2

_{. 𝑑𝑠}

_(4.3)

𝐵𝑀 = 1 𝑉

⁄

𝑡𝑒𝑟𝑐𝑒𝑙𝑢𝑝 (4.4)

Untuk ponton berbentuk persegi panjang, B terletak pada suatu kedalaman di bawah permukaan air, yaitu sama dengan setengah kedalaman total tercelupnya ponton dalam zat cair tersebut, sementara I dinyatakan dalam hubungan dimensi ponton sebagai berikut :

𝐼 = ∫ 𝑥

2

_{. 𝑑𝑠 = ∫}

𝐷/2

_𝑥

2

_{. 𝐿. 𝑑𝑥}

𝐷/2

=

𝐿𝐷3

12

(4.5)

4.4 Prosedur Kerja

1. Mencatat berat masing-masing komponen yang ada pada ponton. 2. Mengukur dimensi ponton dengan mistar baja.

3. Menentukan tinggi titik berat total ponton dengan tinggi adjustable weight dengan cara sebagai berikut :

a. Mengikat tali bandul pada plat skala sehingga plum bob tetap berada pada posisi normalnya. b. Membalikkan ponton dan menahannya pada tiang dengan menggunakan penggaris baja sambil menggeser adjustable weight sepanjang tiang ke posisi yang sesuai sampai ponton stabil seperti pada gambar 4.3 dibawah ini. Catat jarak dasar ponton ke penggaris baja dan jarak ke adjustable weight.

c. Mengukur tinggi titik berat dan adjustable weight pada prosedur b dari dasar ponton dengan menggunakan mistar baja.

4. Meletakkan ponton di dalam air.

5. Menggeser jockey weight ke arah kiri dan kanan dan catat simpangannya untuk masing-masing jarak.

6. Menggeser jockey weight ke arah kanan dan catat simpangannya untuk masing-masing jarak. 7. Percobaan no 1-6 diulang untuk ketinggian adjustable weight yang berbeda.

(44)

31

Prosedur kerja tersebut dapat digambarkan dalam diagram alir berikut ini:

Gambar 4.4 Diagram Alir Prosedur Kerja Praktikum Kestabilan Benda Terapung

Untuk mengambil data, gunakan formulir pengamatan yang terdapat pada bagian akhir modul dan gunakan panduan tabel dibawah ini.

Mulai

Catat berat total ponton, jockey weight, dan

adjustable weight

Atur ketinggian adjustable weight dan tentukan titik berat vertikal ponton diukur dari dasar ponton

Selesai Sudah didapat data untuk

8 kali pergeseran

adjustable weight?

Baca dan catat skala kemiringan yang ditunjukkan oleh plumb bob terhadap skala derajat yang tertera pada setiap

pergeseran jockey weight

Geser kembali adjustable weight

Tidak

Ya Ukur dimensi ponton (panjang, lebar, tinggi)

Geser jockey weight sebanyak 4 ruas ke kiri dan 4 ruas ke kanan

(45)

32

Tabel 4.1 Spesifikasi Data yang diambil selama percobaan

No. Lembar

Data

1 Pergeseran adjustable weight Jarak adjustable weight dari dasar ponton y1 mm 8 (sesuai jumlah percobaan) Diukur sesuai hasil pengukuran mistar 2 Penentuan titik berat ponton

Jarak titik berat dari dasar ponton G Mm 8 (sesuai jumlah pergeseran adjustable weight) Diukur sesuai hasil pengukuran mistar 3 Pergeseran jockey weight Jarak pergeseran jockey weight dari tengah ponton x1 mm 8 x 8 = 64 kali (8 kali pergeseran untuk 1 kali pergeseran adjustable weight) Diukur sesuai hasil pengukuran mistar 4 Pengukuran besar simpangan Sudut simpangan yang terjadi akibat pergeseran jockey weight Θ ° 8 x 8 = 64 (8 data simpangan untuk 1 kali pergeseran adjustable weight) Diukur berdasarkan skala pengamatan pada alat 4.6 Pengolahan Data

Pengolahan data dilakukan melalui langkah-langkah berikut ini :

Tabel 4.2 Langkah-langkah Pengolahan Data

No

.

Langkah

Formulir Pengamatan

Acuan

Keterangan

Nama

Gambar/Grafik

1 Menghitung

momen inersia (I)

Gunakan

rumus

(4.2) atau (4.5)

2 Menghitung Vol.

tercelup (V)

Hubungan

massa

(46)

33 No

.

Langkah

Formulir Pengamatan

Acuan

Keterangan

Nama

Gambar/Grafik

3 Menghitung BM

Gunakan

rumus

(4.4)

4 Menghitung

kedalaman

tenggelamnya

ponton

Gunakan

rumus

𝐷𝑟𝑎𝑢𝑔ℎ𝑡 =

_𝐿𝐷𝑉

5 Menghitung titik

pusat apung CB

Gunakan hubungan

dengan Draught

6 Mencari koefisien

A

Pergeseran

adjustable

weight

(y

1

)

Gunakan

persamaan

𝑦̅ =

∑ 𝑦𝑖 ∑ 𝑚𝑖

+ 𝐴 =

𝑦𝑖 5.20

7 Menghitung nilai

y untuk setiap

posisi y

1

Pergeseran

adjustable

weight

(y

1

)

8 Menghitung

tinggi G diatas

permukaan

air

(CG)

Pergeseran

adjustable

weight

(y

1

)

9 Menggambarkan

sketsa letak y, y

1

,

C, G, M, dan B

Gambar

ini

menjadi

Gambar 4.5

10 Membuat grafik

CG vs dx/dθ

Grafik

ini

menjadi grafik

4.1

11 Menghitung GM,

CM, dan CM

rata-rata

(47)

34

Dari hasil perhitungan sebelumnya, lihatlah kembali grafik-grafik yang telah dibuat dan lakukanlah analisis sebagai berikut :

Tabel 4.3 Grafik dan Analisis

No.

Grafik

Hal-hal yang Perlu Dianalisis

1 Grafik 4.1 CG vs dx/dθ



Tujuan pembuatan grafik tersebut.



Menghitung dx/dθ dari grafik

(48)

35

FORMULIR PENGAMATAN

Modul IV : KESTABILAN BENDA TERAPUNG

1 2 Asisten : (………) 3 4 5

Data alat

 Berat total benda terapung (W) = 2.6kg

 Berat jockey weight = 0.2 kg

 Berat adjustable weight = 0.5 kg

 Tinggi ponton = 360 mm

Pengamatan : Besar sudut kemiringan θ (°)

No.

Posisi

beban

vertikal

(mm)

Titik

berat

(mm)

Posisi beban horizontal x

1

(mm)

Simpangan Arah Negatif

Netral

Simpangan Arah Positif

0

1

0

2

0

3

0

4

0

5

0

6

0

7

0

8

0

(49)

36

LAMPIRAN

PRINSIP BANGKU HIDRAULIK

1.1 Latar Belakang

Bangku hidraulik adalah alat yang digunakan sebagai suplai air sekaligus untuk menghitung debit air yang melalui suatu alat percobaan dalam Mekanika Fluida. Bangku hidraulik sendiri adalah alat yang sangat penting dalam percobaan Mekanika Fluida karena hampir setiap percobaan membutuhkan nilai debit air. Pada modul praktikum ini, modul I, II, dan III menggunakan bangku hidraulik ini untuk mengukur debit.

1.2 Tujuan

1. Mampu mengoperasikan bangku hidraulik

2. Mengetahui prinsip kerja dan perhitungan dari bangku hidraulik

1.3 Dasar Teori

Bangku hidraulik yang digunakan dalam praktikum Mekanika Fluida ini adalah Hydraulic Bench. HI MkIII. Diagram bangku hidraulik ini dapat dilihat pada Gambar 1.1:

Gambar 1.1 Representasi Diagram Bangku Hidraulik HI MkIII

(50)

37

Keterangan gambar

A : Tempat pemasangan beban B : Kran pengatur debit air C : Pompa

D : Tuas pengungkit E : Bak penimbang air F : Bak penyimpan air

G : Pipa pengaruh ke bak penampung H : Selang dari pompa

I : Batang antara beban dan bak penimbang J : Engsel

Air disuplai dari pompa C melalui selang penghubung menuju katup B. Suplai air diatur dengan mengatur bukaan katup B. Air kemudian masuk ke dalam alat percobaan dan kemudian keluar melalui corong H dan terus ke pipa G. Air tersebut masuk kedalam bak penimbang air E. Bak penampung ini ditahan dengan bak penimbang. Pada ujung balok lainnya terdapat pemberat yang digantung. Pada saat bak penampung kosong, maka berat bak dikali lengan beban bak sama dengan berat pemberat dikali lengan beban pemberat. Dengan prinsip keseimbangan momen, maka didapat rumus untuk menghitung debit air, yaitu:

Q = 3 W ρ ∗ t Q = debit air (m3_/s)

W = berat air yang dikumpulkan (kg) ρ = massa jenis air (kg/m3₎

t = interval waktu kesetimbangan beban (detik)

1.4 Prosedur Pengukuran Debit :

1. Kosongkan bak penimbang dengan jalan memutar tuas pada bangku hidraulik. Tuas ini berguna untuk membuka dan menutup saluran pembuang pada bak penimbang. Setelah dikosongkan, pastikan tuas dalam posisi menutup bak penimbang dan balok penopang dalam keadaan tak seimbang.

2. Pastikan alat percobaan sudah dikalibrasi dan siap digunakan.

3. Jalankan pompa dan atur debit sesuai dengan yang diinginkan dengan jalan memutar katup V. 4. Air yang keluar dari alat percobaan masuk ke dalam bak penimbang hingga t waktu. Pada saat

(51)

38

naik, mulailah menyalakan stopwatch, kemudian masukkan beban ke dalam penggantung beban sehingga balok tak seimbang.

5. Saat balok penimbang mulai naik (setimbang), hentikan stopwatch dan catat waktu tersebut sebagai t. Catat juga massa beban yang sebanding dengan massa air (W).

6. Untuk pengukuran debit selanjutnya, ulangi langkah 1 sampai 5. Perlu diingat untuk tiap percobaan sediakan interval waktu 1 menit setelah langkah 1 agar diperoleh pengukuran yang cermat.

Diagram alir dari prosedur penggunaan bangku hidraulik adalah :

Gambar 1.2 Diagram alir prosedur kerja penggunaan bangku hidraulis

Mulai

Kosongkan bak penimbang

Pastikan tuas dalam posisi menutup bak penimbang dan balok penopang dalam keadaaan tak seimbang Pastikan alat percobaan sudah dikalibrasikan dan siap digunakan

Jalankan bangku hidraulik dan atur debit sesuai dengan yang diinginkan

Tepat saat balok penimbang mulai naik, mulailah menyalakan stopwatch

Masukkan beban ke dalam penggantung beban

Saat balok penimbang mulai naik (seimbang), hentikan stopwatch

Selesai

Saat balok penimbang mulai naik (seimbang), hentikan stopwatch

Catat waktu tersebut sebagai t dan massa beban yang sebanding dengan massa air sebagai W

! Lakukan sesegera mungkin

(52)